能力需求计划

能力需求计划(Capacity Requirement Planning，CRP)

　　能力需求计划是对物料需求计划(MRP)所需能力进行核算的一种计划管理方法。具体地讲，CRP就是对各生产阶段和各工作中心所需的各种资源进行精确计算，得出人力负荷、设备负荷等资源负荷情况，并做好生产能力负荷的平衡工作。

　　能力需求计划是帮助企业在分析物料需求计划后产生出一个切实可行的能力执行计划的功能模块。该模块帮助企业在现有生产能力的基础上，及早发现能力的瓶颈所在，提出切实可行的解决方案，从而为企业实现生产任务提供能力方面的保证。其实，能力需求计划制订的过程就是一个平衡企业各工作中心所要承担的资源负荷和实际具有的可用能力的过程，即根据各个工作中心的物料需求计划和各物料的工艺路线，对各生产工序和各工作中心所需的各种资源进行精确计算，得出人力负荷、设备负荷等资源负荷情况，然后根据工作中心各个时段的可用能力对各工作中心的能力与负荷进行平衡，以便实现企业的生产计划。

　　广义的能力需求计划分为粗能力计划（RCCP，又被成为产能负荷分析）和细能力计划（CRP)（又被称为能力计划）。

　　1、粗能力计划

　　粗能力计划是指在闭环MRP设定完毕主生产计划后，通过对关键工作中心生产能力和计划生产量的对比，判断主生产计划是否可行。

　　2、细能力计划

　　细能力计划是指在闭环MRP通过MRP运算得出对各种物料的需求量后，计算各时段分配给工作中心的工作量，判断是否超出该工作中心的最大工作能力，并做出调整。

　　能力需求计划可以解决以下几个问题：

　　1、各个物料经过哪些工作中心加工？

　　2、各工作中心的可用能力和负荷是多少？

　　3、工作中心的各个时段的可用能力和负荷是多少？

　　能力需求计划中的细能力需求计划与粗能力需求计划的功能相似，都是为了平衡工作中心的能力负荷，从而保证计划的可行性与可靠性。但能力需求计划与粗能力需求计划又有区别，这些区别见表1所示。

　　考虑能力需求计划的计算方法时，需要把物料需求计划的物料需求量转换为负荷小时，即把物料需求转换为对能力的需求。不但要考虑MRP的计划订单，还要结合工作中心和生产日历，同时还得考虑工作中心的停工及维修情况，最后确定各工作中心在各时间段的可用能力，能力需求计划计算的模型如图1所示。

　　图1　CRP的计算模型

　　能力需求计划管理业务数据流程图（第二层），如图2所示。

　　图2　CRP管理业务的流程图

　　从图2所示中可知：主要业务部门是生产车间；数据由生产工艺文件取出后，进入工序时度计划模块进行加工处理，将加工处理后的数据存入MRP文件和工序进度计划文件；工作中心负荷模块将从生产工艺文件和工序进度计划文件以及工作中心文件中读取数据并加工处理后，将数据存入WC负荷文件中；CRP生成模块从WC负荷文件和资源清单文件中读取数据并进行加工处理后，将数据存入能力需求计划文件和CRP例外信息文件以及MRP文件，并将数据传入生产车间进行生产计划处理，同时将数据传入输入输出控制模块进行加工处理，将处理后的数据存入输入输出控制文件中。

　　图3：能力需求计划在ERP体系中的位置

　　通常，编制能力需求计划的方式有无限能力负荷计划和有限能力负荷计划两种。无限能力负荷计算是指在不限制能力负荷情况下进行能力计算。即从订单交货期开始，采用倒排的方式根据各自的工艺路线中的工作中心安排及工时定额进行计算。不过，这种计算只是暂时不考虑生产能力的限制，在实际执行计划过程中不管由于什么原因，如果企业不能按时完成订单，就必须采用顺排生产计划、加班、外协加工、替代工序等方式来保证交货期。这时，有限能力负荷计算方式就派上了用场。有限能力负荷计算就是假定工作中心的能力是不变的，把拖期订单的当期日期剩下的工序作为首序，向前顺排，对后续工序在能力允许下采取连续顺排不断地实现计划，以挽回订单交货期。

　　一般来说，编制能力需求计划遵照如下思路：首先，将MRP计划的各时间段内需要加工的所有制造件通过工艺路线文件进行编制，得到所需要的各工作中心的负荷；然后，再同各工作中心的额定能力进行比较，提出按时间段划分的各工作中心的负荷报告。最后，由企业根据报告提供的负荷情况及订单的优先级因素加以调整和平衡。

　　1、收集数据。

　　能力需求计划计算的数据量相当大，通常，能力需求计划在具体计算时，可根据MRP下达的计划订单中的数量及需求时间段，乘上各自的工艺路线中的定额工时时间，转换为需求资源清单，加上车间中尚未完成的订单中的工作中心工时，成为总需求资源。再根据现有的实际能力建立起工作中心可用能力清单，有了这些数据，才能进行能力需求计划的计算与平衡。

　　2、计算与分析负荷。

　　将所有的任务单分派到有关的工作中心上，然后确定有关工作中心的负荷，并从任务单的工艺路线记录中计算出每个有关工作中心的负荷。然后，分析每个工作的负荷情况，确认导致各种具体问题的原因所在，以便正确地解决问题。

　　3、能力/负荷调整。

　　解决负荷过小或超负荷能力问题的方法有3种：调整能力，调整负荷，以及同时调整能力和负荷。

　　4、确认能力需求计划。

　　在经过分析和调整后，将已修改的数据重新输入到相关的文件记录中，通过多次调整，在能力和负荷达到平衡时，确认能力需求计划，正式下达任务单。

　　图4　CRP工作流程

　　MRPII中能力需求计划模块的功能：

• 实时维护资源清单，同时提供直接由工艺流程数据生成的资源；
• 可变的能力核算展望期定义及维护；
• 灵活的粗能力需求计划报表(分时间段汇总及明细)；
• 精确的细能力需求计划，考虑车间在制品，考虑工种；
• 支持正向(Forward)及反向(Backward)两种排序方法；
• 工作中心能力的输入/输出控制的实时维护；
• 可变的时间周期长度和周期数；
• 具有反查功能的能力需求查询/报告，可反查到主生产计划和物料需求计划。

　　能力需求计划是ERP系统中重要的反馈环节,是对生产过程中所需要的能力进行核算的计划方法,系统根据物料需求计划MRP(MaterialRequirementPlanning,MRP)的任务,最终装配计划任务和车间在制任务编制能力需求计划,分析各工作中心的能力,负荷分布情况,使决策人员及早发现生产安排问题,采取相应措施及时调整生产任务,使任务安排更为合理、顺畅,充分利用资源,节约资金,创造更大的效益。

　　能力需求计划还能对企业的技术改造规划提供有价值的信息,找出真正的瓶颈问题。目的是设计CRP系统,并利用Microsoft公司提供的新的集成开发环境.NET框架实现CRP理论。

　　一、数据库驱动的ERP系统体系结构

　　本ERP系统以Web站点的形式存在于互联网上(也可以是企业的局域网),客户端利用浏览器作为输入界面,输入必要的数据,浏览器将这些数据传送至服务器网站,网站再对输入的数据进行处理,并将执行后的结果返回给浏览器,通过浏览器将最终的执行结果提交给用户。就是说客户机可以通过网络从数据库中获得数据,并在服务器端执行必要的处理后,从而创建动态的Web页面,然后把完成的Web页面发送回到用户浏览器,显示在Web页面中,如下图所示。

　　二、系统开发环境

　　软件的开发环境包括硬件环境和软件环境。

　　(1)硬件环境:系统开发是在一个局域网络环境中进行的,包括一台惠普服务器兼当Web服务器和数据库服务器,客户机由16台高性能的PC机组成,并配置高效率的交换机作为网络信息传输的桥梁。

　　(2)软件环境:服务器操作系统是Windows Server 2003 Enterprise Edition,并且在服务器中安装了SQL Server2000数据库管理系统,客户机安装Windows98及以上版本的操作系统。

　　(3)开发工具:在进行数据库建模的过程中,使用Power Designer作为数据库建模工具;在Web应用程序开发过程中,使用Microsoft Visual Studio.NET2003集成开发环境作为软件开发工具,使用Microsoft Internet信息服务(IIS)管理器6.0作为Web服务器,以及Microsoft Internet Explorer6.0作为Web浏览器。

　　三、基于Web的CRP系统的设计

　　1.CRP系统分析

　　本系统的主要任务是根据MRP任务、最终装配计划任务和车间任务生成能力需求计划。系统提供对能力计划的各种查询功能,如:工序进度计划查询、日能力负荷查询、能力需求计划查询、能力负荷比较图。

　　能力计划能力需求计划的对象是工作中心。能力需求计划逻辑流程图如图2所示。

　　它不但考虑MRP的计划订单,已下达但尚未完成的订单所需的负荷。还需要结合工作中心的工作日历,考虑工作中心的停工及维修等非工作日,确定各工作中心在各个时段的可用能力。

　　编制能力需求计划的具体做法是:

　　(1)收集数据,能力需求计划主要收集的数据有:

　　①任务单数据。任务单是下达生产制造指令有关的数据。它的内容是经过MRP运算后或企业自行下达的加工任务书,根据其不同阶段和状态可分为:MRP计划任务单、确认任务单和投放任务单。

　　②工作中心数据。工作中心是能力的基本单元,其基本数据有:每天班次、每班小时数、每班人数、设备数、效率、利用率和超额系数。

　　③工艺路线数据。工艺路线是表达BOM中制造物料的加上与传递顺序的资料。工艺路线描述的是一个和多个物料从一个状态到另一个状态的过程。它是能力需求运算的重要信息,主要提供加工工序,工作中心和加工时间数据。

　　④工厂日历。工厂日历是企业用于编制计划的特殊日历,该日历将不工作的日期排除。

　　(2)计算负荷,将所有的任务单分派到有关的工作中心上(不考虑能力的限制),然后确定有关工作中心的负荷,并从工艺路线文件中计算出每个有关工作中心的负荷。不同的工作中心按时段合并。

　　(3)分析负荷,比较后指出各工作中心负荷情况,如果出现超负荷,找出造成超负荷的原因以便正确解决问题。

　　(4)能力/负荷调整,能力需求计划中有两个要素:能力和负荷。在解决负荷过小或超负荷的能力时,应视具体情况对能力和负荷进行调整:增加能力,或减少负荷,或者共同使用。调整能力的方法有:加班,增加人员与设备,提高效率,更改工艺路线,增加外协等。调整负荷的方法有:修改计划,调整生产批量,推迟交货,撤销订单,交叉作业等。

　　(5)确认计划,在经过分析与调整后,将已确定的调整措施中有关的修改数据重新输入到相关的文件记录中。通过反复的平衡和调整,达到平衡时即可确认能力需求计划,正式下达任务单。

　　2.CRP的数据流

　　ERP系统的所有的目的归根到底是数据的管理,数据流动是它的精髓。因此,CRP数据流动的正确与否直接影响到整个系统运行质量。数据流也是系统实现的重要依据。CRP系统的数据流图如图3所示。

　　3.系统功能模块的划分

　　能力需求计划子系统主要分为:基础数据定义、计划生成和计划查询3个模块。各功能模块的划分如图4所示。

　　工艺路线数据的准确性直接影响到能力平衡和车间作业计划的结果,为保证系统的正确运行,特别是能力平衡的有效性,除保证工艺路线数据的完整性外,还应尽量保证工时定额准确。

　　企业日历是执行计划系统及车间系统的时间依据。根据企业的生产安排,设定休息日,执行企业日历生成功能,生成准确的企业日历数据,以保证各种计划数据的正确性。

　　能力统计期定义是依据管理业务的需要预定义统计时间区域的一种方法。能力计划生成将按用户在此定义的统计期汇总每一工作中心在每一统计期间内的能力和负荷结果。需要定义的能力统计期最大数目取决于用户定义统计期的天数大小、日历选择和MRP,最终装配计划的展望期天数。

　　生成能力需求计划是根据MRP,最终装配计划和车间在制任务,并按最早开工或最晚开工计划生成工序进度计划、日能力需求计划和能力需求计划。计划生成过程中,如有问题,生成相应的例外信息,用户可以根据例外信息,检查数据给定的是否合理,并进行修改和确认,然后再执行生成功能。

　　计划查询主要是提供各种查询功能。从而使决策人员及早发现生产安排问题。

　　四、CRP系统实现

　　CRP系统采用B/S(browser/server,浏览器/服务器)模式设计,应用前台代码与后台代码分离技术实现。其中后台应用C#高级语言编制,用以完成数据库连接、数据查询、调用存储过程等。前台应用超文本标记语言(HyperTextMarkupLanguage,HTML)编制,用以定义Web页面的内容和外观。

　　五、系统运行效果

　　系统运行界面分成3个区域,最上端显示的是本系统的版本信息、版权所有信息以及访问其他网络资源的入口。界面左下侧是菜单树,共分3级,第一级为系统菜单,第二级是功能菜单,第三级是打开功能页面。界面右下侧是功能界面。图5是能力计划生成的功能界面。

　　ERP理论的先进性与复杂性决定了ERP系统开发的艰巨性和复杂性,但是随着网络技术的迅速发展及先进开发工具的出现,使得ERP理论可以通过计算机实现，通过使用.NET开发平台以及数据库技术,实现了CRP理论与先进网络技术的结合,有着非常重要的实际意义。